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北京化工大學(xué)有機(jī)-無機(jī)復(fù)合材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室Bin Xu等--鋰離子電池MXene ZIF-8衍生碳骨架中Si納米顆粒的雙重約束用于鋰離子電池正極材料池正極材料
        硅(Si)具有較高的理論容量和較低的工作電位,在鋰離子電池(LIBs)中顯示出巨大的潛力。然而,其固有的低電導(dǎo)率和大體積膨脹在鋰化過程中導(dǎo)致了顯著的容量衰減和較差的速率能力。本文提出了一種雙約束策略,通過將Si納米粒子均勻錨定在MXene/ZIF-8衍生的碳框架內(nèi)來改善Si的鋰存儲(chǔ)性能。在Si/MXene@C復(fù)合材料中,Si納米顆粒分別通過形成的界面Si−O−Ti和Si−C鍵與MXene和碳緊密結(jié)合,有利于緩解Si的體積膨脹,促進(jìn)界面電荷轉(zhuǎn)移。因此,Si/MXene@C復(fù)合材料在高容量(100 mA g−1時(shí)1006.1 mAh g−1)、穩(wěn)定的循環(huán)性能(100 mA g−1時(shí)150次循環(huán)后862.9 mAh g−1)和優(yōu)越的速率能力(5 A g−1時(shí)233.3 mAh g−1)方面展示了優(yōu)異的鋰存儲(chǔ)性能,表明其作為下一代高性能鋰電池陽極材料的潛力。
 
圖1  Si/MXene@C復(fù)合材料的制備過程示意圖。
 
圖2. (a) Si、(b) Si@C、(c) Si/MXene和(d) Si/MXene@C的SEM圖像。Si/MXene@C的(e, f) TEM, (g) HRTEM, (h) SAED和(i) STEM圖像以及Si, Ti, C和O的相應(yīng)元素映射圖像。
  
圖3 (a) XRD圖案,(b)拉曼光譜,和(c) Si/MXene@C, Si/MXene, Si@C和Si的高分辨率Si 2p XPS光譜。(d) Si/MXene@C、Si和MXene的高分辨率O 1s光譜。Si/MXene@C的高分辨率(e) C 1s和(f) Ti 2p光譜。
 
圖4. (a) 0.1 mV s−1的CV曲線和(b) 100 mA g−1的Si/MXene@C在最初三個(gè)循環(huán)中的恒流充放電曲線。在(c) 100 mA g−1和(e) 1 A g−1的電流密度下,Si/MXene@C, Si/MXene和Si@C的循環(huán)性能。(d) Si/ MXene@C的速率性能。
  圖5。(a) Si/MXene@C和(b) Si在1 ag−1 100個(gè)循環(huán)之前和之后的俯視圖和橫斷面SEM圖像。
 
        相關(guān)科研成果由北京化工大學(xué)有機(jī)-無機(jī)復(fù)合材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室Bin Xu等人于2022年發(fā)表在ACS Applied Nano Materials (https://doi.org/10.1021/acsanm.2c02594)上。原文:Dual Confinement of Si Nanoparticles in a MXene/ZIF-8-Derived Carbon Framework for Lithium-Ion Batteries。

轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
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